Определение свойств газа в парогазовой смеси

У меня есть газовая смесь (пар и воздух), содержащиеся в баке. Я знаю давление в баке ( ), температуру ( ) и массовую долю воздуха ( ). $P$ $T$ $x_a$

Я хотел бы определить плотность обоих газов, чтобы потом выполнить некоторые расчеты.

Интуитивно я бы сделал следующее:

ρ_{s t e a m} = I A P W S 97 (^{'} r h o_P T^{'}, P, T)

$\rho_{steam} = IAPWS97('rho\_PT', P,T)$

то есть, прося таблицы IAPWS предоставить мне плотность пара в условиях резервуара.

Однако, судя по доступным ресурсам, кажется, что это неправильно. Правильный способ сделать это было бы лучше

ρ_{s t e a m} = I A P W S 97 (^{'} r h o_P T^{'}, P_{s t e a m}, T)

$\rho_{steam} = IAPWS97('rho\_PT', P_{steam},T)$

Поэтому, принимая во внимание парциальное давление пара для расчета его плотности внутри резервуара, а не общее давление в резервуаре

Почему это ? Интуитивно я бы использовал общее давление в резервуаре, потому что мне кажется, что как пар, так и воздух испытывают общее давление в резервуаре, а не только их парциальное давление, и поэтому я бы использовал общее давление в резервуаре для вычисления их свойств.

thermodynamics gas steam

— FenryrMKIII
источник

Учитывая, что воздух и пар ведут себя как идеальные газы, вы можете написать следующие уравнения: где я использую индексы и для воздуха и пара соответственно. Принимая и в качестве молярных масс воздуха и воды, плотность каждого из газов будет равна

P V = n R T

$P V = nRT$

P_{A} V = n_{A} R T

$P_A V = n_A RT$

P_{W} V = n_{W} R T

$P_W V = n_W RT$

_{A}

$_A$

_{W}

$_W$

M_{A}

$M_A$

M_{W}

$M_W$

P_{A} V = (m_{A} / M_{A}) R T \to \underset{ρ_{A}}{\underset{⏟}{(m_{A} / V)}} = \frac{P_{A} M_{A}}{R T}

$P_A V = (m_A/M_A) RT \rightarrow \underbrace{(m_A/V)}_{\rho_A} =\frac{P_A M_A}{RT}$

P_{W} V = (m_{W} / M_{W}) R T \to \underset{ρ_{W}}{\underset{⏟}{(m_{W} / V)}} = \frac{P_{W} M_{W}}{R T}

$P_W V = (m_W/M_W) RT \rightarrow \underbrace{(m_W/V)}_{\rho_W} =\frac{P_W M_W}{RT}$

Следовательно, если вы хотите узнать плотность каждого из газов, вам нужно только парциальное давление, поскольку оно связано с количеством вещества каждого из газов.

Если вы хотите узнать плотность смеси газов, вы должны использовать общее давление и «эквивалентную молярную массу» для смеси.

— Toulousain
источник

Благодарю. Пар не является идеальным газом, но я полагаю, что ваш аргумент все еще доказывает, что плотность одного газа связана с его парциальным давлением, а не с общим давлением

— FenryrMKIII

Да, пар не является идеальным газом, так как он может конденсироваться, но для относительно большого диапазона давления и температуры объемные свойства пара довольно хорошо описываются законом идеального газа.

— Toulousain

Кажется, я помню «фракцию сухости», которая появляется здесь (1 - x), но в данный момент у меня нет доступа к этим нотам ...

— Solar Mike

@SolarMike IIRC фактор сухости вступает в действие, когда температура конденсации близка к соответствующему уровню влажности.

— Карл Виттофт

@CarlWitthoft Я измерял мощность парового котла при 170 град. С.

— Solar Mike,